Virpesiai, atsirandantys veikiant atstatančiajai jėgai. Pagrindinė virpesių sistemų savybė. Garso greitis priklauso nuo

Mechaninės vibracijos – tai judesiai, kurie kartojasi tiksliai arba apytiksliai reguliariais intervalais. (pavyzdžiui, šakos svyravimas ant medžio, laikrodžio švytuoklė, automobilis ant spyruoklių ir pan)

Virpesiai yra Laisvas ir priverstas.

Vadinami svyravimai, kylantys sistemoje veikiant vidinėms jėgomsLaisvas... Visos laisvos vibracijos slopinamos. (pavyzdžiui: stygos vibracija, po smūgio)

Vadinami svyravimai, kuriuos daro kūnai, veikiami išorinių periodiškai kintančių jėgųpriverstas (pavyzdžiui: metalo ruošinio svyravimas, kai kalvis kala).

Laisvos vibracijos sąlygos :

Kai kūnas pašalinamas iš pusiausvyros padėties, sistemoje turi atsirasti jėga, linkusi jį grąžinti į pusiausvyros padėtį;
Trinties jėgos sistemoje turi būti labai mažos (t. Y. Linkusios nuliui).

… E giminė → E. R → E giminė →…

Naudodami kūno virpesių ant sriegio pavyzdį, matome energijos konversija ... 1 padėtyje stebime svyravimų sistemos pusiausvyrą. Greitis, taigi ir kūno kinetinė energija yra didžiausia. Kai švytuoklė nukrypsta nuo pusiausvyros padėties, ji pakyla į aukštį h lyginant su nuliniu lygiu, todėl taške A švytuoklė turi potencialios energijos E p ... Pereinant į pusiausvyros padėtį iki taško O aukštis sumažėja iki nulio, o apkrovos greitis padidėja, o taške O - visa potenciali energija E p virs kinetine energija E giminė ... Pusiausvyros padėtyje kinetinė energija yra didžiausia, o potenciali energija yra minimali. Inercija perėjus pusiausvyros padėtį, kinetinė energija paverčiama potencialia energija, mažėja švytuoklės greitis

Judėjimas, kurio metu kūno judesio būsenos kartojasi laikui bėgant, o kūnas pereina stabilios pusiausvyros padėtį pakaitomis priešingomis kryptimis, vadinamas mechaniniu virpesių judesiu.

Jei kūno judėjimo būsenos kartojasi reguliariais intervalais, tada svyravimai yra periodiški. Fizinė sistema (kūnas), kurioje atsiranda ir egzistuoja svyravimai, kai nukrypstama nuo pusiausvyros padėties, vadinama virpesių sistema.

Virpesių procesas sistemoje gali įvykti veikiant išorinėms ir vidinėms jėgoms.

Virpesiai, atsirandantys sistemoje veikiant tik vidinėms jėgoms, vadinami laisvaisiais.

Kad sistemoje atsirastų laisvų svyravimų, būtina:

Stabilios sistemos pusiausvyros padėties buvimas.Taigi 13.1 paveiksle pavaizduotoje sistemoje atsiras laisvų virpesių; b ir c atvejais jie nekils.
Perteklinės mechaninės energijos buvimas materialiame taške, palyginti su jos energija stabilios pusiausvyros padėtyje. Taigi, sistemoje (13.1 pav., A) būtina, pavyzdžiui, pašalinti kūną iš pusiausvyros padėties: t.y. perduoti potencialios energijos perteklių.
Veiksmas atstatančios jėgos materialiame taške, t.y. jėga visada nukreipta į pusiausvyros padėtį. Sistemoje, parodyta fig. 13.1, a, atkuriamoji jėga yra atsirandanti traukos jėga ir normalios atramos reakcijos jėga \ (\ vec N \).
Idealiose svyravimo sistemose nėra trinties jėgų, o dėl to atsirandantys svyravimai gali tęstis ilgai. Esant realioms sąlygoms, svyravimai vyksta esant pasipriešinimo jėgoms. Kad svyravimas atsirastų ir tęstųsi, energijos perteklius, kurį materialusis taškas gauna išstumdamas iš stabilios pusiausvyros padėties, neturėtų būti visiškai išleistas pasipriešinimo įveikimui grįžus į šią padėtį.

Literatūra

Aksenovičius L.A. Fizika vidurinėje mokykloje: teorija. Užduotys. Testai: vadovėlis. pašalpa institucijoms, teikiančioms obs. aplinka, švietimas. - S. 367-368.

Bendrosios visų virpesių sistemų savybės:

Stabilios pusiausvyros padėties buvimas.

Jėgos, kuri grąžina sistemą į pusiausvyros padėtį, buvimas.

Virpesių judesio charakteristikos:

Amplitudė - didžiausias (moduliu) kūno nuokrypis nuo pusiausvyros padėties.

Laikotarpis - laikotarpis, per kurį kūnas atlieka vieną visišką vibraciją.

Dažnis yra svyravimų skaičius per laiko vienetą.

Fazė (fazių skirtumas)

Trukdžiai, plintantys erdvėje, nutolę nuo jų atsiradimo vietos, vadinami bangos.

Būtina bangos atsiradimo sąlyga yra jėgų, neleidžiančių jai sutrukdyti, atsiradimas tuo metu, kai, pavyzdžiui, tamprios jėgos.

Bangų tipai:

Išilginė - banga, kurioje vyksta svyravimai išilgai bangų sklidimo krypties

Skersinė - banga, kurioje svyravimai vyksta statmenai jų sklidimo krypčiai.

Bangos charakteristikos:

Bangos ilgis yra atstumas tarp arčiausiai vienas kito esančių taškų, svyruojančių tomis pačiomis fazėmis.

Bangos greitis yra reikšmė, lygi atstumui, kurį bet kuris bangos taškas nueina per laiko vienetą.

Garso bangos - tai išilginės elastinės bangos. Žmogaus ausis garso pavidalu suvokia vibracijas, kurių dažnis yra nuo 20 Hz iki 20 000 Hz.

Garso šaltinis yra kūnas, vibruojantis garso dažniu.

Garso imtuvas - kūnas, galintis suvokti garso virpesius.

Garso greitis yra atstumas, kurį garso banga skleidžia per 1 sekundę.

Garso greitis priklauso nuo:

Temperatūros.

Garso charakteristikos:

Pikis
Amplitudė
Garsumas. Priklauso nuo vibracijos amplitudės: kuo didesnė vibracijos amplitudė, tuo garsesnis garsas.

Bilieto numeris 9. Dujų, skysčių ir kietųjų medžiagų struktūros modeliai. Atomų ir molekulių šiluminis judėjimas. Brauno judėjimas ir difuzija. Medžiagos dalelių sąveika

Dujų molekulės, judančios į visas puses, beveik netraukia viena kitos ir užpildo visą indą. Dujose atstumas tarp molekulių yra daug didesnis nei pačių molekulių dydis. Kadangi vidutiniškai atstumai tarp molekulių yra dešimtis kartų didesni už molekulių dydį, jie silpnai traukia vienas kitą. Todėl dujos neturi savo formos ir pastovaus tūrio.

Skysčio molekulės neišsisklaido dideliais atstumais, o skystis normaliomis sąlygomis išlaiko savo tūrį. Skystos molekulės yra arti viena kitos. Atstumas tarp dviejų molekulių yra mažesnis už molekulių dydį, todėl trauka tarp jų tampa reikšminga.

Kietose medžiagose trauka tarp molekulių (atomų) yra dar didesnė nei skysčių. Todėl įprastomis sąlygomis kietosios medžiagos išlaiko savo formą ir tūrį. Kietose medžiagose molekulės (atomai) yra išdėstytos tam tikra tvarka. Tai ledas, druska, metalai ir tt Tokie kūnai vadinami kristalai. Kietųjų medžiagų molekulės ar atomai vibruoja aplink tam tikrą tašką ir negali toli nuo jo nukeliauti. Tvirtas kūnas išlaiko ne tik tūrį, bet ir formą.

Kadangi jo t yra susijęs su molekulių judėjimo greičiu, tada vadinamas chaotiškas kūnus sudarančių molekulių judėjimas šiluminis judėjimas... Šiluminis judėjimas skiriasi nuo mechaninio, nes jame dalyvauja daug molekulių ir kiekviena juda atsitiktinai.

Brauno judesys - Tai atsitiktinis mažų dalelių, suspenduotų skystyje ar dujose, judėjimas, atsirandantis veikiant aplinkos molekulėms. 1827 metais atrado ir pirmą kartą ištyrė anglų botanikas R. Brownas kaip žiedadulkių judėjimas vandenyje, matomas dideliu padidinimu. Brauno judesys nesustoja.

Reiškinys, kai vienos medžiagos molekulės tarpusavyje prasiskverbia tarp kitos molekulės, vadinamas difuzija.

Tarp medžiagos molekulių egzistuoja abipusis potraukis. Tuo pačiu metu tarp medžiagos molekulių atsiranda atstūmimas.

Esant atstumams, panašiems į pačių molekulių dydžius, patrauklumas yra labiau pastebimas, o artėjant - atstūmimas.

Bilietas№ 10. Šiluminė pusiausvyra. Temperatūra. Temperatūros matavimas. Santykis tarp temperatūros ir chaotiško dalelių judėjimo greičio

Dvi sistemos yra šiluminės pusiausvyros būsenoje, jei, susilietus per diaterminę pertvarą, abiejų sistemų būsenos parametrai nesikeičia. Diaterminė pertvara visiškai netrukdo šiluminei sistemų sąveikai. Esant šiluminiam kontaktui, abi sistemos pasiekia šiluminę pusiausvyrą.

Temperatūra yra fizinis dydis, apytiksliai apibūdinantis vidutinę kinematinę energiją makroskopinės sistemos dalelėse esant termodinaminei pusiausvyrai pagal laisvės laipsnį.

Temperatūra yra fizinis dydis, apibūdinantis kūno įkaitimo laipsnį.

Temperatūra matuojama naudojant termometrus. Pagrindiniai temperatūros matavimo vienetai yra Celsijaus, Farenheito ir Kelvino.

Termometras - prietaisas, naudojamas tam tikro kūno temperatūrai matuoti, lyginant jį su pamatinėmis vertėmis, paprastai pasirinktas kaip atskaitos taškai ir leidžiantis nustatyti matavimo skalę. Šiuo atveju skirtingi termometrai naudoja skirtingus temperatūros ir tam tikros stebimos prietaiso savybės ryšius, kurie gali būti laikomi tiesiškai priklausomais nuo temperatūros.

Kylant temperatūrai, vidutinis dalelių greitis didėja.

Mažėjant temperatūrai, mažėja vidutinis dalelių greitis.

Bilieto numeris 11. Vidinė energija. Darbas ir šilumos perdavimas kaip būdai pakeisti vidinę kūno energiją. Energijos išsaugojimo terminiuose procesuose dėsnis

Kūną sudarančių dalelių judesio ir sąveikos energija vadinama vidinė kūno energija.

Kūno vidinė energija nepriklauso nei nuo mechaninio kūno judėjimo, nei nuo šio kūno padėties kitų kūnų atžvilgiu.

Kūno vidinę energiją galima pakeisti dviem būdais: atliekant mechaninį darbą arba perduodant šilumą.

šilumos perdavimas.

Kylant temperatūrai, didėja kūno vidinė energija. Sumažėjus temperatūrai, sumažėja vidinė kūno energija. Dirbant su juo padidėja vidinė kūno energija.

Mechaninė ir vidinė energija gali būti perduodama iš vieno kūno į kitą.

Ši išvada galioja visiems terminiams procesams. Pavyzdžiui, perduodant šilumą, labiau įkaitęs kūnas atiduoda energiją, o mažiau įkaitęs kūnas gauna energijos.

Kai energija perduodama iš vieno kūno į kitą arba kai vienos rūšies energija paverčiama kita, energija išlieka .

Jei tarp kūnų vyksta šilumos mainai, tada visų šildymo kūnų vidinė energija padidėja tiek, kiek sumažėja aušinimo kūnų vidinė energija.

Bilietas№ 12. Šilumos perdavimo tipai: šilumos laidumas, konvekcija, spinduliuotė. Šilumos perdavimo gamtoje ir technologijose pavyzdžiai

Vadinamas vidinės energijos keitimo procesas, neatliekant darbo su kūnu ar pačiu kūnu šilumos perdavimas.

Energijos perkėlimas iš labiau įkaitusių kūno dalių į mažiau įkaitusias dėl šiluminio judėjimo ir dalelių sąveikos vadinamas šilumos laidumas.

At konvekcija energiją perneša pačios dujų ar skysčio srovės.

Radiacija -šilumos perdavimo spinduliuote procesas.

Energijos perdavimas spinduliuote skiriasi nuo kitų šilumos perdavimo tipų tuo, kad jį galima atlikti visiškai vakuume.

Šilumos perdavimo gamtoje ir technologijoje pavyzdžiai:

Vėjai. Visi atmosferos vėjai yra didžiulio masto konvekcinės srovės.

Konvekcija paaiškina, pavyzdžiui, vėjus ir vėjus, kurie atsiranda jūrų pakrantėse. Vasarą saulė įšildo žemę greičiau nei vanduo, todėl oras virš žemės įkaista labiau nei virš vandens, jo tankis mažėja ir slėgis tampa mažesnis už šaltesnio oro slėgį virš jūros. Dėl to, kaip ir susisiekiančiuose laivuose, šaltas oras juda žemyn iš jūros į pakrantę - pučia vėjas. Tai dienos vėjas. Naktį vanduo atvėsta lėčiau nei sausuma, o oras virš žemės tampa šaltesnis nei virš vandens. Susidaro naktinis vėjas - šalto oro judėjimas iš sausumos į jūrą.

Traukos. Mes žinome, kad kuro deginimas neįmanomas be gryno oro. Jei oras nepatenka į židinį, viryklę, samovaro vamzdį, degalai nustos degti. Paprastai jie naudoja natūralų oro srautą - trauką. Norėdami sukurti trauką virš krosnies, pavyzdžiui, gamyklų, gamyklų, elektrinių katilinėse, sumontuotas vamzdis. Kai dega kuras, oras jame įkaista. Tai reiškia, kad oro slėgis židinyje ir vamzdyje tampa mažesnis už išorinio oro slėgį. Dėl slėgio skirtumo šaltas oras patenka į židinį, o šiltas oras pakyla aukštyn - susidaro grimzlė.

Kuo aukštesnis dūmtraukis, pastatytas virš židinio, tuo didesnis slėgio skirtumas tarp išorinio ir dūmtraukio oro. Todėl traukos jėga didėja didėjant vamzdžio aukščiui.

Gyvenamųjų patalpų šildymas ir vėsinimas. Vidutinio ir šalto Žemės zonose esančių šalių gyventojai yra priversti šildyti savo namus. Šalyse, esančiose atogrąžų ir subtropikų zonose, oro temperatūra net sausio mėnesį siekia + 20 ir +30 o C. Čia naudojami prietaisai, kurie vėsina orą patalpose. Tiek patalpų oro šildymas, tiek vėsinimas yra pagrįsti konvekcija.

Patartina aušinimo prietaisus pastatyti viršuje, arčiau lubų, kad vyktų natūrali konvekcija. Galų gale šaltas oras turi didesnį tankį nei šiltas oras, todėl sumažės.

Šildymo prietaisai yra apačioje. Daugelyje šiuolaikinių didelių namų yra šildomas karštas vanduo. Vandens cirkuliacija jame ir oro šildymas patalpoje atsiranda dėl konvekcijos.

Jei pastato šildymo įrenginys yra jame, tada rūsyje yra katilas, kuriame šildomas vanduo. Karštas vanduo kyla išilgai vertikalaus vamzdžio iš katilo į baką, kuris paprastai dedamas namo palėpėje. Iš rezervuaro vykdoma paskirstymo vamzdžių sistema, per kurią vanduo patenka į visuose aukštuose sumontuotus radiatorius, jie suteikia jiems šilumą ir grįžta į katilą, kur vėl įkaista. Tai natūrali vandens cirkuliacija - konvekcija.

Virpesių judesys + § 25, 26, pvz., 23.

Svyravimai yra labai dažnas judėjimo tipas. Tikriausiai bent kartą gyvenime matėte svyruojančius judesius besisukančia laikrodžio švytuokle ar vėjo medžių šakomis. Labiausiai tikėtina, kad bent kartą ištraukėte gitaros stygas ir pamatėte, kaip jos vibruoja. Akivaizdu, kad net jei nematėte savo akimis, galite bent įsivaizduoti, kaip adata juda siuvimo mašinoje ar stūmoklis variklyje.

Visais šiais atvejais mes turime tam tikrą kūną, kuris periodiškai atlieka pasikartojančius judesius. Būtent šie judesiai fizikoje vadinami svyravimais arba svyruojančiais judesiais. Svyravimai mūsų gyvenime pasitaiko labai, labai dažnai.

Garsas- tai oro tankio ir slėgio svyravimai, Radio bangos- periodiniai elektrinio ir magnetinio lauko stiprumų pokyčiai, matoma šviesa- taip pat elektromagnetiniai virpesiai, tik su šiek tiek kitokiu bangos ilgiu ir dažniu.
Žemės drebėjimai- dirvožemio vibracija, atoslūgis- jūrų ir vandenynų lygio pokytis, atsirandantis dėl mėnulio traukos ir kai kuriose vietovėse pasiekiantis 18 metrų, širdies plakimas- periodiniai žmogaus širdies raumens susitraukimai ir kt.
Pabudimo ir miego kaita, darbas ir poilsis, žiema ir vasara ... Net mūsų kasdienis darbas ir grįžimas namo patenka į svyravimų apibrėžimą, kuris aiškinamas kaip procesai, kurie tiksliai arba apytiksliai kartojasi reguliariai.

Virpesiai yra mechaniniai, elektromagnetiniai, cheminiai, termodinaminiai ir įvairūs. Nepaisant tokios įvairovės, jie visi turi daug bendro, todėl aprašomi tomis pačiomis lygtimis.

Pagrindinė bendra periodiškai kartojamų judesių savybė yra ta, kad šie judesiai kartojasi reguliariais laiko tarpais, vadinami svyravimų periodu.

Apibendrinkime:mechaninės vibracijos - tai kūno judesiai, kurie kartojasi tiksliai arba maždaug tais pačiais laiko tarpais.

Speciali fizikos šaka - svyravimų teorija - nagrinėja šių reiškinių dėsnius. Jas būtina žinoti laivų statytojams ir orlaivių statytojams, pramonės ir transporto specialistams, radijo inžinerijos ir akustinės įrangos kūrėjams.

Vibracijų metu kūnas nuolat siekia pusiausvyros padėties. Virpesiai atsiranda dėl to, kad kažkas ar kažkas atmetė šį kūną iš pusiausvyros padėties, taip suteikdamas kūnui energijos, kuri lemia tolesnius jo svyravimus.

Vibracijos, atsirandančios tik dėl šios pradinės energijos, vadinamos laisvomis vibracijomis. Tai reiškia, kad jiems nereikia nuolatinės pagalbos iš išorės, kad būtų išlaikytas svyruojantis judesys.

Dauguma gyvenimo tikrovės svyravimų atsiranda palaipsniui slopinant dėl trinties jėgų, oro pasipriešinimo ir pan. Todėl tokie svyravimai dažnai vadinami laisvaisiais svyravimais, kurių laipsniško slopinimo stebėjimo laikotarpiu galima nepaisyti.

Šiuo atveju visi kūnai, prijungti ir tiesiogiai dalyvaujantys vibracijose, bendrai vadinami svyruojančia sistema. Apskritai paprastai sakoma, kad svyruojanti sistema yra sistema, kurioje gali egzistuoti svyravimai.

Visų pirma, jei laisvai pakabinamas kūnas svyruoja ant sriegio, tada pats kūnas, pakaba, pateks į virpesių sistemą, prie kurios pritvirtinta pakaba ir Žemė su savo traukos jėga, dėl ko kūnas svyruoja, nuolat jį grąžindamas į poilsio būseną.

Toks kūnas yra švytuoklė. Fizikoje išskiriami keli švytuoklių tipai: siūlai, spyruoklės ir kai kurie kiti. Visos sistemos, kuriose svyruojantis kūnas arba jo pakaba paprastai gali būti vaizduojamas kaip sriegis, yra srieginės sistemos. Jei šis kamuolys bus perkeltas iš pusiausvyros padėties ir paleistas, tada jis prasidės dvejoti, tai yra atlikti pasikartojančius judesius, periodiškai einančius per pusiausvyros padėtį.

Na, spyruoklės švytuoklės, kaip jūs galite atspėti, susideda iš kūno ir tam tikros spyruoklės, galinčios vibruoti veikiant spyruoklės elastinei jėgai.

Pagrindinis svyravimų stebėjimo modelis yra vadinamoji matematinė švytuoklė. Matematinė švytuoklė vadinamas mažo dydžio kūnu (palyginti su sriegio ilgiu), pakabintas ant plono neištempiamo sriegio, kurio masė yra nereikšminga, palyginti su mase kūnas. Paprasčiau tariant, samprotaudami mes visiškai neatsižvelgiame į švytuoklės siūlą.

Kokias savybes turėtų turėti kūnai, kad galėtume drąsiai teigti, kad jie sudaro svyruojančią sistemą, ir galime ją apibūdinti teoriškai ir matematiškai.

Na, pagalvokite patys, kaip vyksta svyravimo judesys sriegio švytuoklei.